[发明专利]一种纳米氧化锌/碳酸钙复合粉体的制备方法及应用

说明书

一种纳米氧化锌/碳酸钙复合粉体的制备方法及应用，属于无机纳米材料技术领域。以锌源和碳酸钠为沉淀剂，采用直接沉淀法制备纳米氧化锌，分别通过原位化学复合法和机械复合法制备纳米氧化锌/碳酸钙复合物。本发明制备得到的纳米氧化锌/碳酸钙复合物能够作为橡胶硫化时的助剂，提高橡胶的拉伸强度及伸长率等物理性能。同时，该产品在可见光下表现出优于纯纳米氧化锌的光催化活性。本发明提供的方法工艺简单、绿色环保、成本低，易于实现工业化，能够有效降低锌资源的使用。

技术领域

本发明涉及一种纳米氧化锌/碳酸钙复合粉体的制备方法及应用，属于无机纳米材料技术领域。

背景技术

氧化锌是一种常见的半导体材料，具有优异的化学性能和热稳定性，而纳米氧化锌由于其颗粒尺寸小，比表面积大，拥有普通氧化锌无法比拟的特殊性能和用途。纳米氧化锌为白色或淡黄色粉末，室温下禁带宽度为3.37eV，具有良好的光催化活性，被广泛应用于光电转化、光催化等领域。然而氧化锌的光响应范围仅限于紫外区域，并且电子空穴对极易复合，严重影响其光催化活性。通常采用贵金属沉积、金属离子掺杂、非金属元素掺杂、复合半导体等方式对氧化锌进行改性，提高氧化锌对于可见光的利用率，增加光生载流子的寿命，从而提高氧化锌的光催化活性。同时，氧化锌也被广泛用作橡胶硫化的活性剂，能够减少促进剂的用量，提高胶料的交联密度和硫化胶的物理机械性能，从而提高制品的使用寿命。但是在实际应用中，氧化锌的使用并不合理。天然橡胶制品的硫化体系中，氧化锌的用量明显高于硫黄和促进剂。再加上普通氧化锌的活性不高，这样会造成大量氧化锌资源的浪费。

近几年我国锌资源紧缺，已经成为纯粹的锌进口国。氧化锌的生产过程中会产生大量的废水，污染环境，同时还会浪费紧缺的锌资源，无法达到节能、环保的要求。为了解决这些问题，研究者们用碳酸钙来代替氧化锌核心，制备得到了氧化锌/碳酸钙核壳结构，在降低氧化锌使用量的同时能够达到实心氧化锌同样的效果。专利CN106279762A公开了一种核壳氧化锌粉末的氨式制备法，其公布的CaCO@ZnO核壳材料的粒径范围为2～15μm，能够有效提升橡胶的抗拉强度、延伸率及撕裂强度，并且保持良好的流变数据，但是，该方法大量使用了氨水和碳酸氢铵，环保性较差。专利CN111606351公开了一种氧化锌包覆碳酸钙粉末的水热制备方法，采用尿素为沉淀剂，在加热过程中缓慢释放出氢氧根离子，进一步与锌离子反应生成氢氧化锌。使用尿素作为沉淀剂可以有效的控制氢氧化锌晶体的生长速度，制备包覆良好的核壳材料，但是该方法耗时长、能耗高，规模制备较难。

发明内容

本发明旨在克服上述缺点，提供一种纳米氧化锌/碳酸钙复合粉体的制备方法，避免氨水和碳酸氢铵的使用，避免高能耗，缩短制备周期。同时，制备得到的低含量的氧化锌复合物能具有接近纯氧化锌的物理性能，从而减少氧化锌的使用量。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：锌源和碳酸钠反应得到前体，进一步洗涤，干燥，煅烧可获得纳米氧化锌。纳米氧化锌可通过两种方式与碳酸钙复合，获得纳米氧化锌/碳酸钙复合粉体。方式一：原位化学复合法。以锌源、碳酸钠为沉淀剂，加入碳酸钙，使锌源和碳酸钠在碳酸钙存在的条件下反应得到复合物前体，进一步洗涤，干燥，煅烧可获得纳米氧化锌/碳酸钙复合粉体。方式二：机械复合法。将制备得到的纳米氧化锌和碳酸钙球磨，进一步喷雾干燥得到纳米氧化锌/碳酸钙复合粉体。

本发明提供一种纳米氧化锌/碳酸钙复合粉体的制备方法，包括如下步骤：

(1)将碳酸钙粉体分散在碳酸钠水溶液中，加入锌源，使之与碳酸钠充分反应，得到ZnCO₃/CaCO₃浆液，该反应过程在一种搅拌装置中进行。

(2)将步骤(1)得到的ZnCO₃/CaCO₃浆液洗涤，过滤，干燥，得到 ZnCO₃/CaCO₃复合粉体。